DK168853B1

DK168853B1 - NMR-kontrastmidler

Info

Publication number: DK168853B1
Application number: DK188785A
Authority: DK
Inventors: Ronald Carl Gamble; Paul Gardner Schmidt
Original assignee: Vestar Inc
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1994-06-27
Also published as: KR850007562A; ES542604A0; HU194741B; ATE61117T1; EP0160552A2; IE58354B1; AU4170385A; IL74985A; HUT37569A; IL74985A0; EP0160552B1; IE851035L; US4728575A; CA1245553A; DK188785A; KR920010391B1; DK188785D0; EP0160552A3; AU585506B2; DE3581830D1

Description

i DK 168853 B1

Opfindelsen angår forbedrede kernemagnetiske resonanskontrastmidler til scanning af væv omfattende vesikler, hvori paramagnetisk materiale er indkapslet.

NMR-Billeddannelse af mennesker er i de senere år 5 blevet et væsentligt diagnostisk redskab. Opløsningen er nu på højde med røntgen CT billeddannelse, men hovedfordelen ved NMR er dets evne til at skelne mellem vævstyper (kontrast) på basis af forskellige NMR relaxations-tider og T2· Eftersom kernerelaxationstider kan på-10 virkes kraftigt af paramagnetiske ioner såsom Mn(ll) og Gd(lll) eller stabile frie radikaler, er disse materialer blevet undersøgt for at bestemme deres evne til at give yderligere kontrast, nærmere for at undersøge, om de ændrer vandproton T-^- og T2-værdier i udskårne dyre-15 organer og i levende dyr, se f.eks. Mendonca Dias et al., The Use of Paramagnetic Contrast Agents in NMR Imaging, Absts. Soc. Mag. Res. Med., 1982, siderne 103, 104; Brady et al., Proton Nuclear Magnetic Resonance Imaging of Regionally Ischemic Canine Hearts; Effects of 20 Paramagnetic Proton Signal Enhancement, Radiology, 1982, 144, siderne 343-347; og Brash et al., Evaluation of Nitroxide Stable Free Radicals for Contrast Enhancement in NMR Imaging, Absts. Soc. Mag. Res. Med., 1982, siderne 25, 26; Brasch, Work in Progress; Methods of Contrast 25 Enhancement for NMR Imaging and Potential Applications, Radiology, 1983, 147, siderne 781-788; og Grossman et al., Gadolinium Enhanced NMR Images of experimental Brain Abscess, J. Comput. Asst. Tomogr., 1984, 8, siderne 204-207. De rapporterede resultater viser, at kon-30 -trast forøges med en række paramagnetiske midler.

Anvendelige forbindelser kan imidlertid grundet naturen af det paramagnetiske kandidatmateriale være toksisk i de koncentrationer, der kræves til optimal virkning, og det at finde kontrastmidler for hvilke 35 toksisiteten er tilstrækkelig lille til at muliggøre deres eventuelle anvendelse ved medicinsk diagnose anses 2 DK 168853 B1 for det væsentligste og vanskeligste problem indenfor området, Mendonca Dias et al., The Use of Paramagnetic Contrast Agents in NMR Imaging, Absts. Soc. Mag. Res. Med., 1982, siderne 105, 106. Den opfindelse, der er 5 beskrevet her, er således rettet mod at reducere toksi-sitet og forøge anvendeligheden af NMR-kontrastmidler ved at knytte paramagnetisk materiale til en micelle-partikel med egenskaber, der er skræddersyede til NMR-billeddannelses unikke krav.

10 Et andet betydningsfuldt problem, som der må ta ges hensyn til, er, at det maksimale vævsrumfang,der optages af miceller såsom vesikler i almindelighed ikke overskrider ca. 0,1%, hvilket betyder, at micellen skal være i stand til at påvirke et billede ved en meget lil-15 le rumfangsprocent. I denne henseende adskiller paramag-netiske NMR-kontrastmidler sig imidlertid grundlæggende fra kontrastmidler, der anvendes som røntgenabsorberingsmidler, γ-stråleemittere eller lignende ved andre billeddannelsesmetoder, hvorved signalet eller dæmpnin-20 gen ganske enkelt er proportional med antallet pr. enhedsrumfang uanset, hvorledes de er bundne kemisk eller indesluttede. Ved NMR virker midlet (ion eller stabilt frit radikal) således, at det forøger relaxationshastig-heden af "bulk" vandprotoner, der omgiver det frie elek-25 tronspin. Dette fænomen afhænger af den hurtige udveksling af vand til og fra en ion eller hurtig diffusion af vand forbi et organisk frit radikal. I et sådant tilfælde er nettorelaxationshastigheden et vægtet gennemsnit for frit og bundet vand.

30 - indkapsling af det paramagnetiske materiale i en phospholipid ves ikel,. som er mulig løsning på ovenstående problem, ville synes at nægte det paramagnetiske middel adgang til alt andet vand end det indesluttede vand, typisk mindre end 0,1% af det totale rumfang. Under sådan-35 ne betingelser ville NMR-billedet ikke blive ændret de-tekterbart ved tilstedeværelsen af vesikelindkapslet 3 DK 168853 B1 kontrastmiddel. Kun såfremt vand udveksles tilstrækkeligt hurtigt hen over dobbeltlaget, forøges relaxations-hastigheden af bulk-vand, Andrasko et al., NMR Study of Rapid Water Diffusion Across Lipid Bilayers in Dipalmi-5 toyl Lechitin Vesicles, Biochem, Biophys. Res. Comm., 1974, 60, side 813-819. Den nærværende opfindelse retter sig mod dette problem ved at angive en formulering af micelle og paramagnetisk materiale, der samtidig maksimerer micellestabilitet, og tillader passende vand-10 udvekslingshastigheder hen over membranen.

Dansk patentansøgning nr. 254/84, der angår diagnostiske midler omfattende visse komplekst bundne overgangsmetaller, eksemplificerer bl.a. sådanne med lipo-somer belastet med N-methylglucaminsaltet af et Gd(III)-15 kompleks med diethylentriaminpentaeddikesyre. De ovennævnte problemer med micellestabilitet og vandudveksling over micellemembranen berøres eller antydes imidlertid ikke.

I overensstemmelse hermed er kontrastmidlerne 20 ifølge opfindelsen ejendommelige ved, at vesiklernes formulering omfatter en aggregering af amfifile molekyler og cholesterol, til at fremme så langvarig vesikel-stabilitet, at vesiklerne når at blive biofordelt, og den nævnte scanning af væv kan udføres, og til at fremme 25 vandprotonudveksling henover vesikellaget eller vesikel-lagene.

Phospholipidvesikler er kendt for at koncentrere sig i visse væv, således at yderligere forstærkning vil opstå ud fra vævsspecificitet. F.eks. har man bemær-30 ket, at phospholipidvesikler har ophobet sig i implanterede tumorer hos mus, Profitt et al., Liposomal Blockade of the Reticuloendothelial System: Improved Tumor Imaging with Small Unilamellar Vesicles, Science, 1983, 220, side 502-505, Profitt et al., Tumor-Imaging Proten-35 tial of Liposomes Loaded with in-lll-NTA: Biodistribution in Mice, Journal of Nuclear Medicine, 1983, 24, side 45-51.

• 4 DK 168853 B1

Ved en foretrukket udførelsesform af de omhandlede kontrastmidler er antistoffer, carbohydrater eller andre målrettede cellegenkendelsesmidler, især antistofferne antimyosin eller antifibrin, knyttet til vesik-5 lerne til opnåelse af specifik målretning. Skønt det er blevet rapporteret, at der kan opnås et selektivt fald i relaxationstider for udskåret hjerte med manganmærket monoklonalt antimyocin antistof, Brady et al., Selective Decrease in the Relaxation Times of infrared 10 Myocardium with the use of a Manganese-Labelled Monoclonal Antibody, Soc. Magn. Res. Med., Works in Progress, 2. årlige samling, 1983, side 10, har den praktiske anvendelse af sådanne antistoffer hidtil i stor udstrækning på grund af overvejelser såsom toksisitet, som 15 nævnt ovenfor, været betydeligt begrænset. Med den omhandlede opfindelse opnås der imidlertid en forøget sensitivitet, og specificiteten bevares ved at knytte antistof til overfladen af micellepartikler. Antistofferne giver en høj specificitet for celle- eller vævstyper, 20 mens de tilknyttede vesikelbæremidler forstærker NMR-kontrastforøgelsen i forhold til, hvad der kan opnås med ioner bundet til antistoffet alene.

Eksempler på vesikelingredienser er phospholipi-der såsom distearoylphosphatidylcholin (DSPC), dipalmi-25 toylphosphatidylcholin (DPPC) og dimyristoylphosphat-idylcholin (DMPC). Eksempler på paramagnetiske materialer er salte af overgangsmetaller og lanthanid- og ac-tinidrækkerne i det periodiske system såsom Gd(III), Mn(II), Cu(II), Cr(III), Pe(II), Fe(III), Co(II)', 30 Er(III), Ni(II) samt komplekser af sådanne ioner med diethylentriaminpentaeddikesyre (DTPA) og ethylendiamin-tetraeddikesyre (EDTA) og andre ligander. Andre paramagnetiske forbindelser inkluderer stabile frie radikaler såsom organiske nitroxider.

35 Vesikelindkapslede NMR-kontrastmidler kan frem stilles ved at danne lipidvesiklerne i et vandigt medi- 5 DK 168853 B1 um, der indeholder det paramagnetiske middel, ved en vilkårlig passende måde såsom sonikering, homogenisering, chelatdialyse og lignende og derefter frigøre ve-siklerne for externt middel ved ultrafiltrering, gel-5 filtrering eller tilsvarende metode. Endvidere kan den interne opløsning af det paramagnetiske materiale let ændres til at maksimere relaxationshastigheden pr. enhed middel, såsom f.eks. ved formulering med et ladet polymert materiale såsom poly-L-lysin.

10 Som anvendt her angiver "micellepartikel" og "miceller" partikler, der fremkommer ved aggregeringer af amf if ile molekyler. Ifølge opfindelsen er foretrukne amfifiler biologiske lipider.

"Vesikel" angiver en micelle, der har generel 15 kugleform, ofte opnået ud fra et lipid, der danner en dobbeltlaget membran, og som benævnes et "liposom". Fremgangsmåder til dannelse af disse vesikler er nu ganske velkendte indenfor teknikken. Typisk fremstilles de ud fra et phospholipid, f.eks. distearoylphosphatidyl-20 cholin eller lecithin og kan inkludere andre materialer såsom neutrale lipider og overflademodificeringsmidler såsom positivt eller negativt ladede forbindelser. Afhængigt af teknikkerne til deres fremstilling kan omhyl-ningen være en simpel dobbeltlaget sfærisk skal (en 25 unilamellær vesikel) eller have multiple lag indenfor omhylningen (multilamellære vesikler).

DSCP = distearoylphosphatidylcholin Ch = cholestrol DPPC = dipalmitoylphosphatidylcholin 30 DMPC = dimyristoylphosphatidylcholin DTPA = diethylentriaminpentaeddikesyre EDTA = ethylendiamintetraeddikesyre SUV = små unilamellære vesikler 35 Komplekser af paramagnetiske forbindelser frem

stilledes i deioniseret vand eller en puffer af 4,0 mM

6 DK 168853 B1

Na2HP04, 0,9 vægt% NaCl, pH 7,4 (PBS).

Gd(III)-Citrat. En stamopløsning på 1,0 mM Gd(III) 10,0 mM citrat fremstilledes ved at opløse 10,0 5 ymol GdCl3,6H20 (99,999%, Aldrich) i 9 ml deioniseret vand og tilsætte 100 ymol Na3citrat (analytisk reagens, Mallinckrodt). pH justeredes til neutralitet, og rumfanget blev bragt til 10,0 ml i en målekolbe.

10 Mn (II) -Citrat. En stamopløsning på 1,0 mM

Mn(II) 10,0 mM citrat fremstilledes ved at sætte 10,0 ymol MnCl2,4H20 (Baker analyzed) og 100 ymol natriumcitrat til 9 ml vand. Opløsningen neutraliseredes og bragtes til 10,0 ml i en målekolbe.

15

Gd (III)-DTPA. En stamopløsning på 200 mM Gd(III) 210 mM DTPA fremstilledes ved at opløs 2,10 mmol DTPA i minimalt 6 N NaOH i en 10 ml's målekolbe. 2,0 mmol GdCl3,6H20 tilsattes, og pH justeredes til 7,4 med 6 N 20 NaOH, hvorefter opløsningen bragtes til 10,0 ml i kolben.

La(III)-DTPA. En stamopløsning på 200 mM La(III) 210 mM DTPA fremstilledes på tilsvarende måde som 25 Gd(III)DTPA stamopløsningen med LaCl3,7H20 (99,999%, Aldrich).

Er(III)-EDTA. Stamopløsninger fremstilledes på tilsvarende måde som Gd(III)-DTPA.

30 ·

Poly-L-lysinhydrobromid med omtrentlige middelmolekylvægte på 25.000 og 4.000 blev anskaffet fra Sigma Chemical Co.

35 7 DK 168853 B1

Cholesterol (98%) var fra Mallinckrodt. DSPC var syntetisk materiale fra Cal-Biochem.

DSPC/cholesterol-vesikelindkapslet NMR-kontrast-5 middel. 16 mg DSPC og 4 mg cholesterol opløstes i 2 ml CHCI3. 10 μΐ opløsning af 0,16 mM cholesterol [u-l4C] (56,5 mCi/mmol) i CHC13 tilsattes med henblik på udmåling af lipidkoncentrationer i slutpræparaterne. Lipid-opløsningen inddampedes til tørhed i en vakuumdessikator 10 og opbevaredes i denne, såfremt den ikke anvendtes umiddelbart.

Små unilamellære vesikler (SUV) dannedes i en opløsning på 200 mM Gd(III)-DTPA ved at sætte 2,0 ml stamionkompleks til det tørrede lipidglas. Blandingen 15 var kompleks i det tørrede lipidglas. Blandingen soni-keredes med en Ultrasonics, Inc. sonde med en mikro-spids ved et effektniveau på 56 W. Glasset afkøledes ved delvis nedsænkning i et vandbad og n2 førtes henover prøven under sonikering. Den totale sonikeringstid var 20 15 minutter eller mere, indtil opløsningen var let opa-liserende.

Paramagnetisk middel udenfor vesiklerne fraskiltes fra SUV'erne ved passage gennem Sephadex® G-50 søjler kvældet i PBS, som var blevet anbragt i 3 ml plast-25 sprøjteglas og præcentrifugeret. Vesikelopløsningen anbragtes på toppen af sprøjten og centrifugeredes med et glasrør anbragt til opsamling af eluatet. 300 μΐ PBS anvendtes til at eluere vesiklerne fra søjlerne. Proceduren gentoges ialt 3 gange for at reducere den udven-30 'dige koncentration af frit middel og udskifte den med PBS.

Vesikelkoncentration i slutpræparatet måltes ved at tælle en prøve af opløsningen i scintillationstæller med en standard cocktail. Den gennemsnitlige vesikel-35 størrelse måltes i en laserpartikelmåler Model 200 (Nicomp Instruments). Vesikelstørrelsen måltes til at 8 DK 168853 B1 være 60 ± 10 nm ved alle undersøgelser.

NMR-Relaxationstidsmålinger.

Med mindre andet er anført udførtes målinger af 5 T^ og T2 ved 20 MHz med et pulseret NMR-spektrometer (IBM PC/20) koblet til en mikrodatamat (IBM PC). måltes efter "inversions-recovery"-metoden (Farrar, T.

C., Becker, E.D., Pulse and Fourier Transform NMR, 1971, Academic Press, New York) og T2 ved Carr-Purcell-sekven-10 sen (Carr, H.Y., Purcelle, E.H., Effects of Diffusion on Free Precession in NMR Experiments, Phys, Rev., 1954, 94, side 630-633) som modificeret af Meiboom og Gill (Meiboom S., Gill D., Modified Spin-Echo Method for Measuring Nuclear Relaxation Times, Rev. Sci. Instrum., 15 1958, 29, side 688-691). Mindste kvadraters tilpasning af måledata til enkelte eksponentialkurver anvendtes automatisk af computeren. De anførte værdier for Tj^ og T2 er for en sondetemperatur på 38°C. ^-Værdier anslås at have en eksperimentel usikkerhed på ±10% og en reprodu-20 cerbarhed på ±5%. T2-værdier er i almindelighed nøjagtige til indenfor ±20% og reproducerbare til ±5%. Denne nøjagtighed er tilstrækkelig til tydeligt at vise de angivne virkninger. Nogle ^-værdier måltes med et Praxis II NMR-spektrometer arbejdende ved 10 MHz og en sonde-25 temperatur på 25°C.

Dyreundersøgelser.

EMT6 tumorvæv transplanteredes subcutant til siden på hankøns Balb/c mus og tillodes at vokse i 10 da-30 ge. På den 10. dag injiceredes mus i.v. med 200 μΐ ve-sikelopløsning eller kontrolpuffer. Mus blev aflivet med intervaller, og tumorerne dissekeredes. Ved nogle undersøgelser dissekeredes også lever og milt. Vævet rensedes i PBS, afduppedes let, vej edes og indpakkedes i lufttæt-35 te plastposer. NMR-Relaxationsmålinger udførtes indenfor ½ time efter dissektion for at begrænse vandtab og deraf 9 DK 168853 B1 følgende ændringer i T-^ og T2.

I fig. 1 ses en kurve over længderelaxationsha-stigheden som funktion af koncentrationen af tilsat pa-5 ramagnetisk ion. Portioner af stamopløsningerne sattes til PBS-puffer. T-pMålinger udførtes ved 10 MHz efter 90° til -90° metoden. Sondetemperaturen var 25°C. Koncentrationsskalaen for Er-EDTA er i mM, mens den for Mn-citrat er i μΜ.

10 I fig. 2 ses afhængigheden af 1/^ af tilsat Gd- ion i forskellige former som angivet. Stamopløsningspor-tioner sattes til vand (Gd/citrat) eller PBS (Gd/DTPA og Gd/DTPA i vesikler) til opnåelse af den angivne totale ionkoncentration.

15 Fig. 3 viser den interne paramagnetiske ionkom- plekskoncentrations virkninger på 1/1^ og 1/T2. DSPC/ cholesterolvesikler fremstilledes med stigende koncentrationer af Gd-DTPA i PBS indkapslet indeni. Lipid (vesikel) koncentrationerne justeredes alle med PBS til 20 at være 8,3 mg/ml totallipid som slutkoncentration.

Fig. 4 viser relaxationshastigheder for musevæv og tumorer. Balb/c-mus injiceredes med 200 μΐ 200 mM Gd-DTPA i DSPC/cholesterolvesikler (10 mg/ml lipid) (Gd Ves), 200 mM La-DTPA i DSPC/cholesterolvesikler (La 25 Ves), 2,0 mM Gd-DTPA i PBS (Gd Buf) eller PBS (Buf).

Efter 16 timer aflivedes musene og vævene dissekeredes. Relaxationstiderne er gennemsnit for mindst 3 dyr.

Fig. 5 viser virkningen af tilsat poly-L-lysin på relaxationshastigheder af Gd-DTPA-opløsninger. Tørre af-30 vejede portioner poly-L-lysin opløste i 2,0 ml 2,0 mM Gd-DTPA i H20. T-j_ og T2 måltes som beskrevet i teksten.

Fig. 6 belyser tidsforløbet for 1/^ for musetumorer. Præparater med 10 mg/ml lipidvesikler indeholdende 200 mM Gd-DTPA indeni injiceredes (200 μΐ) ind i ha-35 levenen på Balb/c-mus med 10 dage gamle EMT6 tumorer fra tidligere implantater. Musene blev aflivet med interval- 10 DK 168853 B1 ler, og tumorernes T-j^ måltes umiddelbart efter dissekering. Kontrollerne var enten uden injektion (O) eller med 200 yl 2,0 nM Gd-DTPA i PBS (a ). Tre separate undersøgelser er angivet i denne graf. For O og Q da-5 ta repræsenterer hvert af punkterne T-^ for en enkelt tumor. For Δ data måltes til tider 2 eller 3 Tj—vær-dier for en enkelt tumor.

De forbedrede resultater ifølge opfindelsen angives nedenfor under henvisning til en mere detaljeret 10 gennemgang af tegningens figurer.

I fig. 1 er relaxationshastigheder for Er-EDTA-og Mn-citratopløsninger vist. Værdier af 1/Τχ er angivet som en funktion af ionkoncentrationen ved 10 MHz og 25eC. Den gennemsnitlige 1/T-^-værdi for blødt musevæv er 15 angivet på kurven. Koncentrationsskalaen for Er-EDTA er mM, mens den for Μη-citrat er yM. Tilsætning af 18 mM Er-EDTA-kompleks til en PBS-opløsning forøger l/T-^ til musevævsværdien på 2,4 sek.-1. Den samme relaxationsha-stighed opnås med kun 0,17 mM Mn-citratkompleks. Det 20 svage Μη-kompleks er 100 gange mere effektivt til relaxations forøgelse end det stærkt kompleksdannede Er-EDTA, hvilket afspejler den i sig selv stærkere relaxations-evne af Mn(II)-ionen samt Mn's større tilgængelighed for vand.

25 I fig. 2 ses relaxationsvirkningerne af Gd(III).

Ved 20 MHz hæver tilsætning af Gd-citrat til H20 1/Τχ til en værdi på 8,1 sek.-1 ved 1,0 mM. Kompleksbundet til DTPÅ har ionen den halve relaxationsvirkning. Denne reduktion opstår på grund af erstatning af vandbindings-30 positioner med de funktionelle grupper i DTPA, som delvis opvejes af en forøget rotationskorrelationstid for komplekset. Med Gd-DTPA-komplekset indkapslet i DSPC-cholesterol-vesikler forøges opløsningens i/T± stadig til en værdi på 2,5 sek.-1 for 1,0 mM totalt Gd-DTPA.

35 Skønt de er mindre effektive end fri Gd-DTPA pr. ionenhed har vesiklerne stadig en væsentlig virkning på vand-relaxation.

11 DK 168853 B1

Den interne paramagnetiske ionkomplekskoncentra-tions virkning på relaxationshastigheder for vesikelind-kapslet Gd-DTPA er vist i fig. 3. l/Tj og 1/T2 stiger for vesikelopløsninger lineært op til 150 mM inert Gd-5 DTPA-koncentration. Anvendelse af ligningen Λ - Pb . 1 Τχ obs· ~ (Tjb+tb) T^a' hvori b er for indeni vesiklen, og a for udenfor, tb er 10 levetiden af vandprotoner indvendigt, Txb er nettorela-xationstiden for vand indvendigt (gjort lille af det pa-ramagnetiske middel), og Pb er brøkdelen af vand indeni i vesiklen, forudsiger en lineær afhængighed for 1/T^ af paramagnetisk ionkoncentration, indtil værdien af Τχ når 15 størrelsesordenen eller mindre end xb. De resultater, der fremgår af fig. 3 antyder, at op til en koncentration af Gd-DTPA på 150 mM er indeni i vesiklerne større end udvekslingslevetiden xb.

Relaxationsvirkninger på musevæv og -tumorer er 20 vist i fig. 4. ^-Værdierne for Balb/c-muselever, -milt, -nyre og EMT6 tumorvæv er sammenlignet 16 timer efter injicering af paramagnetiske midler eller kontroller.

Vesikelindkapslet Gd-DTPA fremmer en betydelig reduktion af T-l for milt og for EMT6 tumorer i sammenligning med 25 kontrollen med det diamagnetiske lanthanidionkompleks af La-DTPA i vesikler (milt) eller PBS-puffer og PBS-puffer plus 2,0 mM Gd/DTPA. (tumor). I tilfældet med Gd/DTPA-vesikelbehandlede mus var Tj^-værdierne i gennemsnit 17% mindre end kontroller uden injiceret middel.

30 · De ovennævnte data gør det muligt at anslå de minimale koncentrationer af Gd/DTPA eller andre paramagnetiske specier indeni i vesikler, hvor der opnås kontrastforøgelse. Der foreligger et kompliceret sæt af indbyrdes forbundne faktorer såsom protonudvekslingsha-35 stighed henover tumorcellernes membraner, udvaskningshastigheden af fri Gd/DTPA fra lipidvesikler og ændret 12 DK 168853 B1 rotationskorrelationstid for komplekset i et makromole-kylært miljø, som bidrager til T^protonrelaxationsha-stigheden og den deraf følgende kontrastforøgelse. Mængden af ophobede vesikler i et særligt væv, der skal dan-5 nes billede af, dikterer den minimale koncentration af indkapslet paramagnetisk materiale. Ud fra den anvendte musetumormodel er det blevet sluttet, at ca. 0,1% af tumorrumfanget er optaget af intakte vesikler.

Skønt mængden af paramagnetisk materiale, der 10 skal indkapsles, vil variere afhængigt af både det særlige materiale der anvendes samt de ovennævnte faktorer, vil det paramagnetiske materiale i almindelighed foreligge med mindst ca. 50 mM i vesiklerne. Den maksimale mængde vil være dikteret af overvejelser vedrørende 15 pris, toxicitet og vesikelformulering, men vil i almindelighed ikke ligge over en indkapslet koncentration på 1 M.

Fig. 5 belyser de forøgede relaxationshastighe-der, der opnås ved polymertilsætning. Relaxationsvirk-20 ningen fra Gd/DTPA kan forstærkes ved tilsætning af den positivt ladede polymer poly-L-lysin. Fig. 5 viser resultaterne af tilsætning af poly-L-lysin med middelmolekylvægt på 25.000 til en opløsning på 2,0 mM Gd/DTPA i H20. Der opnås en 40% forøgelse i relaxationshastighed 25 l/Tj^ og en 30% forøgelse i l/T2. Virkningen af tilsat p.oly-L-lysin udflåder over 3 mg/ml, hvilket viser en situation med "svag binding". Denne udfladning viser også, at den forøgede relaxationshastighed ikke skyldes en viskositetsforøgelse, eftersom virkningen så ville være 30 lineær med det tilsatte poly-L-lysin over hele koncentrationsområdet. Poly-L-lysin med mindre molekylvægt er mindre effektiv på vægtbasis. Gd/DTPA er et negativt ladet kompleks, der reversibelt bindes til poly-L-lysins positive ladning. Makromolekylets store størrelse og 35 deraf følgende langsomme rotation gør den paramagnetiske ions relaxation mere effektiv. Denne virkning kan anven- 13 DK 168853 B1 des ved at indkapsle Gd/DTPA og poly-L-lysin eller et tilsvarende positivt ladet makromolekyle sammen for at forøge virkningen pr. ionenhed Gd og dermed sænke præparatets nettotoxicitet.

5 Tidsforløbet for relaxationsvirkningen på EMT6- tumorer er vist i fig. 6. Den maksimale virkning for vesikelindkapslet Gd/DTPA opnås 3-4 timer efter midlets injicering. Den gennemsnitlige virkning 4 timer efter injektion er omtrent lig med den 16 timer efter injek-10 tion, hvilket antyder, at der opnås en "steady-state” tilstand, hvor optagelseshastigheden for tumoren svarer til tabet af middel til kredsløbet.

Tre forskellige liposomformuleringer afprøvedes med dosis større end den, der anvendtes til data i fig.

15 6, for deres relaxationsvirkninger på EMT6-tumorer, der var implanteret subcutant på Balb/c-mus. Musene injiceredes intravenøst med midlet og blev derefter aflivet med intervaller. ^-Værdier for tumor og lever måltes indenfor ½ time efter dyrets aflivning. Resulta-20 terne er anført i Tabel I for tumorer og i Tabel II for lever. Dyr, der kun modtog puffer, havde en gennemsnitlig tumor T1 -værdi på 960±41 msek. (n = 25) og en gennemsnitlig lever T^værdi på 392±31 msek. (n = 24). Tu-morrelaxationstiden faldt til 665+28 msek. (n = 4) 24 25 timer efter injektion for et 1:1 DSPC/CHOL præparat, mens leverne hos disse dyr havde gennemsnitlige Tj-vær-dier på 370113 msek. (n = 4). Tj^Ændringen på 44% for tumorerne er væsentligt større end den for leveren (6%).

Med mange liposompræparater, der er i almindelig 30 anvendelse, ophober lever (og milt) den største fraktion af vesikeldoseringen. Det særlige præparat ifølge opfindelsen er således langt mere specifik for tumoren i det mindste i dets virkning på NMR-relaxationstider. Det vesikelindkapslede paramagnetiske kompleks indeholdt i 35 kontrastmidlet ifølge opfindelsen opfylder således kravene til et NMR-billeddannelseskontrastmiddel, dvs. det 14 DK 168853 B1 fører til reducerede værdier for Tj, i udvalgte væv. I dette tilfælde vil den oprindelige lange for tumoren inden kontrastmiddel (gennemsnit 960 msek.) vise tumorområdet mørkt i et NMR-billede, hvorimod tumoren efter 5 injicering af middel vil forekomme lysere ved scanningen.

Tabel I

10 TUMOR-RELAXATIONSHASTIGHED

EMT6 Tumor i siden på Balb/,c mus (10 dages tumorvækst)

Vesikel-indkapslet NMR-kontrastmiddel Værdier er T^ (i ms) ± standardafvigelse ^5 n = antal mus

Præparat »_Pose-inlekeicnstid (timer) Banadminger 1-2 2-5 5-8 24 P3S kontrol 962 ± 24 974 ± 50 920 ± 19 926 Totalt _ gennemsnit U n = 9 n = 11 a = 4 960 i 41 a = 2; "rrC/CHOL 2:1 365 = 23 840 = 30 345 ± 40

Gd/DTPA 200 =M

n = 14 n = 13 n = 13 25 DSPC/CHOL 2:1 812 ± 45 768 1 30 769 ± 28

Gd/DTPA 200 mM

n = 8 n = 8 n = 4 DSPC/CSOL 1:1 710 ± 19 720 t 21 665 ± 28

Gd/DTPA 200 nH

30 n = 2 n = 3 n = 4 35

Injektionsrumfang= 250-300 al

Lipidkoncentratxon generelt 20 æg/ml 15 DK 168853 B1

Tabel II

LEVER-RELAXATIONSHASTIGHED 5 Tuinorbærende Balb/c mus

Efter kontrastmiddelinjektion Vesikel-indkapslet NMR-kontr as tmiddel Værdier er (i ns) - standardafvigelse n = antal mus 10 Præparat *_Post-iniektionstid (tiner) RannyimiTvyT: 1-2 2-5 5-8 24 PBS kantrol 400 ± 39 380 + 26 411 t 6 412 Totalt gennemsnit n = 8 n * 12 a = 3 c * 1 392 = 31 a = 24 15 DPPC/CSOL 2:1 379 ± 35 377+29 375 + 34

Gd/DTPA 200 m n = 11 n = 11 n = 11 DSPC/CHOL 2:1 349+17 345 + 13 379 * 29

Gd/DTPA 200 oM

ζυ n = 11 n = 11 n * 7 OSPC/CKOL 1:1 330+32 342 + 11 370 ± 13

Gd/DTPA 200 att n = 2 n = 3 n = 4 25 _ * Irt jekcionsrumfang= 250-300 ctl

Lipidkoncentratiorx generelt 20. atg/ml

Por at et NMR-billeddannelseskontrastmiddel skal 30 være mest anvendeligt, skal det give den maksimalt mulige stigning i l/T-^ med minimal toxicitet og have specificitet for vævstypen. Opfindelsen angiver disse træk.

En makromolekylær enhed kan forøge relaxationsvirkningen pr. ionenhed som vist ved virkningen af tilsat poly-Lys 35 på 1/T-l og 1/T2 for Gd/DTPA-opløsninger (fig. 5). Lav toxicitet opnås ved at knytte den normalt toxiske para- 16 DK 168853 B1 magnetiske ion med en stærk chelat i en makromolekylær enhed (f.eks. indkapsling i en vesikel), der holder ionen ude af kredsløbet. NMR-Relaxation forøges ved at formulere vesiklen, så ^-protoners adgang til ionen 5 maksimeres. Dette blev opnået som vist ved den stærke relaxationsvirkning af indkapslet Gd/DTPA (fig. 2). Vævsspecificitet opnås ved den komplekse natur af mi-celleenheden, for hvilken biologiske genkendelsesprocesser får makromolekylet til at fordele sig til visse po-10 sitioner. Dette er vist for phospholipidvesikler ved den differentierede indflydelse på vævsrelaxationshastighe-der (fig. 4, Tabel I og II) og ved den specifikke virkning på tumorrelaxation for Gd/DTPA indkapslet i vesik-ler i forhold til ca. den samme totale koncentration af 15 Gd/DTPA i fri form i opløsning (figurerne 4 og 6).

Det er her blevet beskrevet, at antistoffer kan bindes til vesikler til opnåelse af vævsspecificitet, Martin et al., Immunospecific Targeting of Liposomes to Cells, Biochemistry, 1981, 20, side 4229-4238, hvis an-20 givelser der særligt henvises til. Antimyosin har potentiale for NMR-billeddannelse af infarkteret hjertemuskel. Endvidere er fremstilling af antifibrin fornylig blevet rapporteret; Hui et al., Monoclonal Antibodies to a Synthetic Fibrin-Like Peptide Bind to Human Fibrin but 25 not Fibrinogen, Science, 1983, 222, siderne 1129-1131·. Dette antistof kunne forventes at koncentrere sig ved steder med blodsammenklumpninger, hvor fibrin er blevet dannet. Vesikelbæremidler knyttet til antifibrin ville give NMR-kontrast til billeddannelse af propper og 30 thromber i blodkar. Der findes imidlertid andre overflademodifikationer, der giver cellegenkendelse, og som vides at ændre vesiklernes biofordeling. F.eks. har det vist sig, at carbohydratreceptoranaloge bundet til ve-sikeloverfladen styrer vesikler (Mauk, et al., Targeting 35 of Lipid Vesicles; Specificity of Carbohydrate Receptor Analogues for Leukocytes in Mice, Proc. Nat'l. Acad.

DK 168853 B1 n

Sci. USA 77, 4430-4434 (1980); Mauk, et al., Vesicle

Targeting: Timed Release for Leukocytes in Mice by Subcutaneous Injection, Science 207, 309-311 (1980). En sådan styring ved overflademodifikationer er direkte 5 anvendelig til at ændre biofordelingen af paramagnetisk ion.

Claims

1. Kernemagnetiske resonanskontrastmidler til scanning af væv omfattende vesikler, hvori paramagne- 5 tisk materiale er indkapslet, kendetegnet ved, at vesiklernes formulering omfatter en aggregering af amf if ile molekyler og cholesterol, til at fremme så langvarig vesikelstabilitet, at vesiklerne når at blive biofordelt, og den nævnte scanning af væv kan udføres, 10 og til at fremme vandprotonudveksling henover vesikella-get eller vesikellagene.

2. Kontrastmiddel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at antistoffer, carbohydrater eller andre målrettede cellegenkendelsesmidler, især anti- 15 stofferne antimyosin eller antifibrin, er knyttet til vesiklerne til opnåelse af specifik målretning.

3. Kontrastmiddel ifølge krav i eller 2, kendetegnet ved, at det paramagnetiske materiale er et salt af et overgangsgruppemetal eller et grund- 20 stof fra lanthanid- eller actinidrækken i det periodiske system, især et salt af en par amagnetisk ion valgt blandt mangan, kobber, gadolinium, erbium, chrom, jern, cobalt og nikkel.

4. Kontrastmiddel ifølge krav 1 eller 2, k e n - 25 detegnet ved, at det paramagnetiske materiale er en paramagnetisk forbindelse, der inkluderer et stabilt frit radikal.

5. Kontrastmiddel ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det paramagnetiske materiale 30 er en paramagnetisk forbindelse af en paramagnetisk ion og et chelaterende middel, især Gd-DTPA.

6. Kontrastmiddel ifølge et eller flere af kravene 1-5, kendetegnet ved, at det paramagnetiske materiale er til stede i en koncentration på mindst 35 ca. 50 mM og især fra ca. 50 mM til ca. 1 M.

7. Kontrastmiddel ifølge et eller flere af kravene 1-6, kendetegnet ved, at effektiviteten DK 168853 B1 af det paramagnetiske materiale forøges ved at sætte en ladet polymer dertil, især poly-L-lysin.

8. Kontrastmiddel ifølge et eller flere af kravene 1-7, kendetegnet ved, at det paramagne-5 tiske materiale er forbundet med et chelaterende middel, der er bundet til vesiklernes overflade.

9. Kontrastmidler ifølge krav 1-8, kendetegnet ved, at vævet, der skal scannes, er tumorvæv.